挿入（分子生物学）

分子生物学において、インサートとは、ライゲーションや組み換えなどの組み換えDNA技術によってより大きなDNAベクターに挿入されるDNA断片のことである。これにより、宿主生物内での増殖、選択、さらなる操作、発現が可能となる。^[1]

挿入には、技術システムを使用した物理的なヌクレオチドの追加から、エチジウムブロマイドや結晶 などの変異誘発化学物質による分子への人工構造の追加まで、さまざまなものがあります。

生物のゲノムへの挿入は、通常、自然の原因により発生します。これらの原因には、環境条件や細胞内プロセスが含まれます。環境による挿入は、紫外線などの放射性放射線への曝露、変異原性化学物質、DNA ウイルスなど多岐にわたります。細胞内挿入は、親細胞の遺伝的変化、またはDNA 複製やDNA 修復のエラーによって発生することがあります。

遺伝子挿入技術は、望ましい表現型の 遺伝子発現のために生物に特徴的な突然変異を起こすために使用できます。遺伝子挿入の変化は、さまざまな末端で発現する可能性があります。これらの変異は、タンパク質機能の喪失または獲得から、髪や目の色などの物理的構造の変化にまで及びます。発現の変化の目的は、調節のためのタンパク質機能の獲得^[2]または疾患の予防のための細胞機能の停止^[3]に焦点が当てられています。変異の結果は、追加または突然変異がゲノム内のどこに位置するかによって異なります。目的は、物理的および化学的分析を使用して、生物における遺伝物質の発現を学習、理解、および可能であれば予測することです。遺伝子突然変異または挿入の結果を確認するには、DNA配列決定、ゲル電気泳動、免疫測定法、顕微鏡検査などの技術を使用して突然変異を  観察できます。

1973年に生化学者のスタンリー・N・コーエンとハーバート・W・ボイヤーが大腸菌を使って断片の切断、異なる断片の再結合、新しい遺伝子の挿入の仕方を研究して以来、この分野は大きく拡大しました。^[4]それ以来、この分野は精度と正確さの面で飛躍的に拡大しました。コンピュータとテクノロジーにより、この分野での誤差の低減と理解の拡大が技術的に容易になりました。コンピュータはデータと計算の処理能力が高く、大量の情報の処理を具体的なものにしました。つまり、ChIPと遺伝子配列の使用です。

相同組換え修復（HDR）は、DNA分子の切断や損傷を修復する技術です。目的の配列に挿入物を追加する最も一般的な技術は、相同組換えの使用です。^{[5]この技術には、挿入物が細胞の核に導入された後にのみ追加できるという特定の要件があり、}細胞周期のG2期とS期にゲノムに追加できます。^[6]

クラスター化された規則的に間隔を置いた短い回文反復配列（CRISPR）に基づくCRISPR遺伝子編集- Cas9は、遺伝子配列^[7]を使用して、CRISPR配列に相補的な特定のDNA配列を制御、切断、分離するのに役立つ酵素です。^{[8] [9]}これらの配列と酵素は、もともとバクテリオファージに由来しています。^[10]遺伝子工学の分野におけるこの技術の重要性は、非常に正確な標的遺伝子編集が可能になり、この技術のコスト要因が他のツールに比べて低いことです。^{[11] [12] [13]} DNA配列を生物に挿入する機能は簡単かつ迅速ですが、より複雑な生物では発現の問題が発生する可能性があります。^{[14] [15]}

転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ（ TALEN）は、目的のDNA配列を切り出すために作られる制限酵素のセットです。^[16]これらの酵素は主にCRISPR-CAS9、ジンクフィンガーヌクレアーゼ、またはHDRと組み合わせて使用​​されます。その主な理由は、これらの酵素が遺伝子内の目的の配列を切断して分離する精度を持っていることです。

ジンクフィンガーヌクレアーゼは、ジンクフィンガー DNA結合ドメインをDNA切断ドメインに融合させた遺伝子組み換え酵素です。これらはCRISPR-CAS9やTALENと組み合わせて、より複雑な細胞や生物のゲノム内で配列特異的な追加や削除を行うこともできます。^[17]

遺伝子銃はバイオリスティック粒子送達システムとも呼ばれ、トランスジーン、タンパク質、またはRNAを細胞に送達するために使用されます。これは、対象のDNAを含む一般的な重金属でコーティングされた粒子を高速で細胞に発射するマイクロプロジェクタイル送達システムを使用します。遺伝物質は細胞を貫通し、空間領域にわたって内容物を送達します。マイクロプロジェクタイル送達システムの使用は、バイオリスティックと呼ばれる技術です。^[18]